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题名	石墨烯与ZK61粉末混合工艺的研究
作者	张斌
答辩日期	2019
导师	陈体军
关键词	ZK61粉末 混合粉末 超声处理 团聚 分散 均匀
学位名称	硕士
英文摘要	为克服石墨烯自身团聚、在镁基合金中难以均匀分散、以及复合材料制备困难的问题,本文结合超声处理、粉末冶金以及触变成形技术的优点提出集制备与成形石墨烯增强镁基复合材料于一体的新技术——超声分散粉末触变成形。为此,首先研究了石墨烯纳米片(GNPs)的超声处理工艺,随后探讨了ZK61粉末的酸洗工艺以及ZK61粉末分别与GNPs和氧化石墨烯(Go)的混合工艺。最后采用超声分散粉末触变成形技术制备了GNPs/ZK61Mg基复合材料和Go/ZK61Mg基复合材料。研究结果表明:在乙醇溶剂中,超声处理对GNPs的分散效果显著,分散过程可分为三个阶段:首先是团聚体的分散,然后是GNPs破碎并伴有剥离,最后GNPs因破碎尺寸减小并趋于均匀。GNPs优先从自身缺陷处破碎,从而使GNPs结构的有序性提高,接着便产生空位缺陷,GNPs的结构完整性遭到破坏。超声时间的延长能提升GNPs的分散效果,过长则产生空位缺陷;增大超声功率会显著提高GNPs的分散效率,但同时破碎情况也越严重并产生大量空位缺陷;溶剂温度越低,GNPs分散越均匀;低粘度、高表面张力能提高空化强度,从而提升分散效果;变幅杆插入液面较小距离,用小直径容器并超声处理低浓度的GNPs分散效果会更好。实验得出最佳工艺参数为:在悬浮液浓度1.5 mg/ml以下温度为25°C的乙醇溶剂中,变幅杆插入液面15 mm,容器内直径65 mm,超声功率960 W,超声处理4h能得到分散均匀且结构破坏程度较低的GNPs。各种工艺参数的变化对GNPs的结构影响明显。在含10 vol.%蒸馏水的乙醇溶剂中以840 W功率超声处理40 min制得分散均匀的Go悬浮液。为了使GNPs与ZK61粉末均匀混合,先对ZK61粉末进行酸洗处理以去除氧化物。尝试了胶接工艺制备GNPs+ZK61混合粉末,研究了胶接剂种类、胶接剂添加量和GNPs添加量对GNPs+ZK61胶接效果的影响。结果表明,在乙醇液中用0.3 wt.%十六烷基三甲基溴化铵作为胶接剂胶接0.2 wt.%GNPs与ZK61粉末,每颗粉末均匀粘有GNPs,且GNPs不团聚。随后又尝试了静电吸引工艺制备Go+ZK61混合粉末,先研究了超声搅拌时间、机械搅拌转速以及强弱酸对酸洗ZK61粉末均匀性的影响。随后研究了冰乙酸浓度、Go添加量、蒸馏水添加量和液体过滤方式对Go+ZK61静电吸引效果的影响。结果表明,使用含1 vol.%冰乙酸的乙醇溶液酸洗ZK61粉末,同时辅以4 min的超声搅拌,搅拌转速160 r/min,可获得去除氧化物且粉末表面含有镁离子的ZK61粉末,与0.1 wt.%Go悬浮液混合后静置沉淀加真空干燥获得Go均匀吸附在ZK61粉末表面的混合粉末。采用上述最佳工艺参数制得GNPs+ZK61混合粉末和Go+ZK61混合粉末,与ZK61粉末分别在300℃温度,282 MPa压力下压成块,在630℃温度加热60 min获得半固态锭料,后移入温度为300℃的模具中,以330 MPa压力进行触变模锻。结果显示:ZK61基体的抗拉强度(UTS)、延伸率和维氏硬度分别为164.33 MPa,5.62%和60.08 HV。0.2 wt.%GNPs/ZK61Mg基复合材料的UTS、延伸率和维氏硬度分别为211.6 MPa,5.5%和59.0 HV。0.5 wt.%GNPs/ZK61Mg基复合材料的UTS、延伸率和维氏硬度分别为176.61 MPa,5.63%和61.27 HV。0.1 wt.%Go/ZK61Mg基复合材料的UTS、延伸率和维氏硬度分别为234.9 MPa,6.0%和64.0 HV。0.5wt.%Go/ZK61Mg基复合材料的UTS、延伸率和维氏硬度分别为97.64 MPa,3.68%和55.98 HV。即添加适量增强体的复合材料UTS较基体合金提高明显,同时延伸率没有降低,硬度基本保持不变。而过量的Go或GNPs(0.5 wt.%)不利于复合材料力学性能的增强。
语种	中文
页码	87
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内容类型	学位论文
源URL	[http://ir.lut.edu.cn/handle/2XXMBERH/94965]
专题	兰州理工大学
作者单位	兰州理工大学
推荐引用方式 GB/T 7714	张斌. 石墨烯与ZK61粉末混合工艺的研究[D]. 2019.

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